ΟΠΤΙΚΟΙ ΣΥΖΕΥΚΤΕΣ. ιαχωριστές Ισχύος Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες Μήκους Κύµατος (WDM) Πολλαπλές θύρες εισόδων-εξόδων

Transcript

1 ΟΠΤΙΚΟΙ ΣΥΖΕΥΚΤΕΣ ιαχωριστές Ισχύος Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες Μήκους Κύµατος (WDM) Πολλαπλές θύρες εισόδων-εξόδων

2 Τεχνικές Κατασκευής Συζευκτών ΣΥΝΤΗΓΜΕΝΩΝ ΣΥΖΕΥΚΤΩΝ ΙΚΩΝΙΚΗΣ ΕΚΛΕΠΤΥΝΣΗΣ Χαρακτηριστικά Συζεύκτη: Μήκος περιοχής Σύζευξης L, ακτίνα πυρήνα α, διαφορά α των ακτινών των πυρήνων Συντελεστής σύζευξης ισχύος a = F sin CL F F εκφράζει την επίδραση της διαφοράς της διαµέτρου του πυρήνα : F α λ α α 2 1 και η σταθερά C εκφράζει τη σύζευξη µεταξύ των πεδίων C = α λ 72 Φυσική Ερµηνεία Βασίζεται στο γεγονός ότι καθώς η ακτίνα α του πυρήνα των ινών µειώνεται βαθµιαία λόγω της εκλέπτυνσης µειώνεται και η σταθερά V. Η ελάττωση της σταθεράς V συνεπάγεται

3 µεγαλύτερη διαφυγή του πεδίου έξω από την ίνα η οποία ουσιαστικά αποτελείται από πυρήνα και τον γυάλινο µανδύα συνδυασµένους. ηλαδή οι ρυθµοί µεγάλης τάξεως κυµατοδηγούνται στον µανδύα και και µεταδίδονται πίσω στους πυρήνες στην περιοχή εκλέπτυνσηςµε ίση κατανοµή των πεδίων στις δύο ίνες. Υφίσταται δηλαδή ένας µηχανισµός σύζευξης των κυµατοδηγούµενων πεδίων σύµφωνα µε την αρχή του διαφυγέντος πεδίου. Τεχνικά Χαρακτηριστικά Συζευκτών Excess loss log P 1 ( P3 P4) ( db + ) Insertion loss Crosstalk log P1 P ( db ) 4 log P2 P ( db ) 1 Split ratio ( P3 + P4) P 3 100% P4 = 1 100% ( P3 + P4) Εάν γραµµικά πολωµένο φως διέλθει το συζεύκτη αυτόν µε πόλωση παράλληλη µε ένα εκ των δύο αξόνων της PM ίνας, η οπτική ισχύς είτε θα µεταδοθεί στην έξοδο (P 1 ) είτε θα συζευχθεί στην άλλη θύρα εξόδου (P 2 ). Τα αντίθετα συµβαίνουν για την άλλη διεύθυνση πόλωση κάθετη ως προς το επίπεδο του άξονα της ίνας.

4 Θεωρία ιαφυγέντος Πεδίου Στη θεωρία του διαφυγέντος πεδίου στηρίζεται η λειτουργία του συζευκτών Οι δύο ρυθµοί που κυµατοδηγούνται έχουν διαφορετικοές ταχύτητες, η διαφορά φάσης είναι: φ = L( β β ) even 2 πl = n even λ odd ( n ) odd ιάδοση δύο ρυθµών στη περιοχή εκλέπτυνσης

5 ιαγράµµατα φάσης Μαθηµατική περιγραφή εξόδων E 3 E E E j j φ = + exp( φ) = + cos φ exp 2 E 4 E E E j j j φ π = exp( φ) = cos φ exp 2 2 j E j 2 1 φ = cos φ exp 2

6 Άλλοι τύποι συζευκτών Πολυπλέκτες Μήκους Κύµατος -WDM Στα δίκτυα WDM η δυναµικές διαθέσιµές συνδέσεις µεταξύ των κόµβων χρησιµοποιούν διαφορετικά µήκη κύµατος Σηµαντική παράµετρος είναι η αποµόνωση µεταξύ των καναλιών

7 Τεχνικές Κατασκευής WDM Χρησιµοποίηση Οπτικών Φραγµάτων (Diffraction Grating) Χρησιµοποίηση ικωνικών Συζευκτών Εκλέπτυνσης Αποπολυπλεξία µε οπτικά φράγµατα Αποπολυπλέκτης Littrow

8 Για συγκεκριµένο µήκος κύµατος λ η γωνία διαµόρφωσης του φράγµατος είναι: θ B = sin 1 λ 2 x Στους WDM δικωνικής εκλέπτυνσης οι συζεύκτες αποτελούνται από µονότροπες ίνες µε διαφορετική διάµετρο πυρήνα, διαφορετικούς δείκτες διάθλασης και κυµατοδηγούν ένα µόνο µήκος κύµατος. Το µήκος κύµατος αποκοπής για τις ίνες του συζεύκτη έχει µια συγκεκριµένη κοινή τιµή. Η εξάρτηση της σύζευξης από το µήκος κύµατος είναι ηµιτονοειδής και η περίοδος εξαρτάται από τις διαστάσεις και την γεωµετρία της περιοχής αλληλεπίδρασης καθώς και από το δείκτη διάθλασης του περιβάλλοντα µέσου. Ο συντελεστής σύζευξης εξαρτάται από την απόσταση των πυρήνων κατά την σύντηξη, οπότε για την µεταβολή του συντελεστή κατά την διάρκεια της σύντηξης επιµηκύνεται η περιοχή αλληλεπίδρασης, τραβώντας τις ίνες και εκλεπτύνοντας το σηµείο αυτό.

9 Συζεύκτες Λειανσµένης Επιφάνειας Η ίνα κάµπτεται και διαµορφώνεται σε δύο µπλοκ (quartz). Τα δύο µπλοκ λειαίνονται έτσι ώστε ένα τµήµα από τον µανδύα φθείρεται και αποµακρύνεται. Τέλος τα δύο µπλοκ έρχονται σε επαφή. Ο µηχανισµός σύζευξης στηρίζεται στο φαινόµενο της σύζευξης ισχύος όπως και στους παράλληλους οπτικού κυµατοδηγούς µε περίοδο σύζευξης L=2π/k όπου k είναι ο συντελεστής σύζευξης. Το ίδιο φαινόµενο επεκτείνεται και σε καµπυλώδεις επιφάνειες όπου η απόσταση των κυµατοδηγών πάνω από την περιοχή αλληλεπίδρασης δεν είναι συγκεκριµένη. Ο συντελεστής σύζευξης k είναι µη γραµµική συνάρτηση του µήκους αλληλεπίδρασης, το οποίο µήκος είναι ανάλογο µε την τετραγωνική ρίζα της ακτίνας της καµπυλότητας R, µε τη ελάχιστη απόσταση των πυρήνων των ινών (δηλαδή είναι αντιστρόφως ανάλογη µε την απόσταση των πυρήνων), µε τους δείκτες διάθλασης καθώς και µε τις παραµέτρους των οπτικών κυµατοδηγών, το µήκος κύµατος και το είδος του υλικού στο ενδιάµεσο επίπεδο των δύο quartz block.

10 συντελεστής σύζευξης είναι µια περιοδική συνάρτηση µε κορυφές σε συγκεκριµένη περιοχή του φάσµατος. Αλλάζοντας την απόσταση d o και τοποθετώντας τους πυρήνες των ινών πλάγια κατά την διεύθυνση z µετατοπίζουµε τις κορυφές της σύζευξης σε συγκεκριµένο παράθυρο του φάσµατος που θέλουµε. Μεταβάλλοντας τα χαρακτηριστικά των ινών, οι συζεύκτες αυτού του τύπου µπορούν να λειτουργήσουν ως πολυπλέκτες και αποπολυπλέκτες WDM. Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται η µετατόπιση της κορυφής του συντελεστή σύζευξης για διαφορικές τιµές της απόστασης των δύο πυρήνων d o.

11 Οπτικοί Αποµονωτές-Κυκλοφορητές Χρησιµοποιούν την αρχής της µη αµοιβαιότητας (nonreciprocity) που χαρακτηρίζει το φαινόµενο που λέγεται στροφή Faraday Το φαινόµενο του Faraday η κατεύθυνση της στροφής του επιπέδου πόλωσης είναι ανεξάρτητη της πόλωσης του πεδίου αλλά εξαρτάται µόνο από τη ένταση του µαγνητικού πεδίου. Εάν ένα γραµµικά πολωµένο κύµα περάσει µέσα από ένα τµήµα κατάλληλου διαφανούς υλικού που εµφανίζει στροφή Faraday, και διαδίδεται παράλληλα προς την ένταση του µαγντικού πεδίου, το επίπεδο πόλωσης του στρέφεται κατά Θ= V H L Θ: η γωνία στροφής σε λεπτά της µοίρας V: η σταθερά Verdet µε µονάδες λεπτά/oersted.cm H: η ένταση του µαγνητικού πεδίου σε Oersted L: το µήκος του υλικού σε cm.

12 Τυπικός Αποµονωτής Forward ιάδοση Backward ιάδοση Σήµερα οι αποµονωτές εµφανίζουν µέχρι και 30dB αποµόνωση και χρησιµποούνται για την προστασία των δοµικών στοιχείων, κυρίως τις πηγές από ανεπιθύµητες ανακλάσεις